Mikrofräsen filigraner Strukturen in Formeinsätzen

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trivid GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

TU Dortmund Institut für Spanende Fertigung

Eine Möglichkeit, die Auswirkung der Fräserabdrängung zu verringern, ist das Fräsen mit einer zusätzlichen seitlichen Zustellung, das heißt die Stegbreite wird etwas geringer als die eigentliche Sollbreite gefertigt. Dadurch wird zwar nicht die Werkzeugabdrängung verringert, aber durch die zusätzliche Zustellung wird die durch die Abdrängung hervorgerufene Konturabweichung zumindest teilweise kompensiert. Dazu wurde jeweils ein zusätzlicher Schlichtgang mit einer seitlichen Eingriffstiefe von 5 µm, was einem Untermaß von 10 µm entspricht, durchgeführt.

Anstellung des Fräswerkzeuges reduziert die Belastung

Durch die Anstellung des Werkzeuges wird ein technologisch günstiger Winkel zwischen Werkzeug und Werkstückober?äche (geringerer Hebelarm) in den zu zerspanenden Bereichen eingestellt und damit die Belastung auf das Werkzeug und somit auch der Betrag der Abdrängung verringert. Darüber hinaus wird durch die fünfachsige Bearbeitung auch der Einsatz kürzerer Werkzeuge ermöglicht, was ebenfalls eine Verringerung der Fräserabdrängung bewirkt.

In Bild 6 sind drei verschiedene Varianten dargestellt. Im Vergleich zur Ausgangssituation (Bild 5) zeigt sich, dass sowohl eine Vorverzerrung der Bahnen als auch die Bearbeitung mit angestelltem Werkzeug die Abweichungen von der Sollkontur deutlich verringern können. Die Bearbeitung im Gegenlauf zeigt jedoch ein deutlich schlechteres Ergebnis als die im Gleichlauf.

Verschleiß von Mikrofräsern lässt sich verringern

Diese Untersuchungen verdeutlichen, dass zu einer erfolgreichen Hartbearbeitung von Formen mit filigranen Strukturen sowohl die Themenfelder der Bearbeitungsparameter und des Werkzeugverschleißes als auch die Werkzeugabdrängung beachtet werden müssen. Erste Ergebnisse zur Optimierung der Bearbeitungsparameter zeigen das Potenzial einer Verringerung des Werkzeugverschleißes und somit einer Verbesserung der Prozesssicherheit.

Das Ziel weitergehender Untersuchungen ist es, die Bearbeitungsparameter weiter zu optimieren, um letztendlich das Mikrofräsen dieser hochharten Werkstoffe prozesssicherer zu gestalten und den Werkzeugverschleiß zu minimieren. Dazu sollen auch kleinere Werkzeugdurchmesser bis herab zu d = 0,2 mm untersucht sowie der Einfluss der Bearbeitungsparameter auf die Oberflächenqualität analysiert werden. Darüber hinaus ist der Einsatz der in einfachen Bearbeitungssituationen erfolgreichen Strategien zur Verringerung der Werkzeugabdrängung auch für komplexere Bearbeitungsfälle mit wechselnden Eingriffsbreiten und für Freiformflächen zu untersuchen.

Literatur:

[1] Fleischer, J. und andere: Fertigungsverfahren in der Mikrotechnik. wt Werkstattstechnik online 12/2007, S. 847-851.

[2] Klocke, F. und andere: Von der Makro- zur Mikrowelt. wt Werkstattstechnik online 12/2007, S. 842-846.

[3] Kahnis, P.: Analyse von Größeneinflüssen bei einer Herabskalierung des Fräsprozesses in den Mikrobereich. Dissertation Technische Universität Dortmund 2008.

Prof. Dr.-Ing. Dirk Biermann ist Leiter des Instituts für Spanende Fertigung (ISF) der TU Dortmund; Dr.-Ing. Philip Kahnis ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut. Die vorgestellten Ergebnisse sind im Rahmen des Teilprojekts B2 des SFB/TR 73 entstanden, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird.

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